Robotika 1. Mozgás Magyar Attila Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar Villamosmérnöki és Információs Rendszerek Tanszék
[email protected]
2011. szeptember 5.
Bevezető
Robotika
2
Kurzus célja
1. 2. 3. 4. 5.
Mozgás Mobil robot kinematika Érzékelés Mobil robot lokalizáció Tervezés és navigáció
Robotika
3
Bevezető
• Szabályozási struktúra
Robotika
4
1. Mozgás
Robotika
5
1. Tartalom
1. Bevezetés 2. Lépkedő robotok 3. Guruló robotok
Robotika
6
1.1. Bevezetés • • • • •
•
Mobil robot: képes bejárni a környezetét -> mozognia kell Biológiai rendszerek változatos környezetben is képesek a mozgásra A természet feltalálta a kereket? … részben A járás összetettebb mechanikai megoldást igényel A kerék kemény, sík területen teljesít jól, de nagyon érzékeny a talaj minőségére A természet a járást preferálja
Robotika
7
1.1. Bevezetés Mozgásfajta
Ellenállás
Alapvető kinematikai jelenség
Folyadék mozgása egy csatornában
Hidrodinamikai erők
Hullámok
Mászás
Súrlódási erők
Hosszirányú rezgés
Csúszás
Súrlódási erők
Oldalirányú rezgés
Futás
Mozgási energia veszteség
Többszörös inga mozgása
Ugrálás
Mozgási energia veszteség
Többszörös inga mozgása
Járás
Gravitáció
Sokszög gurulása
Robotika
8
1.1. Bevezetés •
Stabilitás – – – –
•
Kontaktus tulajdonságai – – –
•
Kontaktusok száma és geometriája Tömegközéppont Statikus/dinamikus stabilitás Talaj görbülete Kontakt pont/útvonal mérete és alakja Kontaktszög Súrlódás
Környezeti tulajdonságok – –
Szerkezet Anyag (víz, levegő, puha talaj, kemény talaj)
Robotika
9
1.2. Lépkedő robotok • •
A robot és a környezet közt pontszerű kontaktusok Előny – – – –
•
Jól alkalmazkodik különféle terepviszonyokhoz Nehéz terepen is könnyen manőverez Át tud kelni kisebb gödrön, árkon A környezet objektumait is képes manipulálni a lábaival
Hátrány – – –
Bonyolult mechanikai megoldás Magas fokú manőverezhetőség csak magfelelően magas szabadsági fokkal érhető el Robot súlyának nagy részét is képesnek kell lennie tartani
Robotika
10
1.2. Lábkonfigurációk •
Háromlábú szék statikusan stabil Feltéve, hogy a tömegközéppontja a kontaktháromszögön belül van
–
•
Járáshoz fel kell emelni a lábat Statikus járáshoz legalább hat láb kell
–
•
Emlősök (2, v. 4 láb) nem képesek statikus járásra –
• –
Egyensúlyozás – dinamikus stabilitás
Emberek (2 láb) még állni sem tudnak statikus stabilitásban Egy lábon ugrálás…
Robotika
11
1.2. Lábkonfigurációk •
Négy lábon járás alapesetei – – –
•
Váltott lépés Galopp Cammogás
Az egyes lábak összetettsége változó – – – –
Százlábúé 1 szabadságfokú Emberi láb 7 szabadságfokú Minimálisan 2 szabadsági fok kell: emelés + lendítés Általában 3 a jellemző
Robotika
12
1.2. Példák •
Egylábú – –
•
Kétlábú (biped) – –
•
Mindkét lábnak el kell bírni a teljes testet Folyamatos egyensúlyozás
Négylábú (quadruped) – –
•
Könnyű a kevés láb miatt Folyamatos egyensúlyozás (dinamikus stabilitás)
Statikusan stabil állás Járás nem az
Hatlábú (hexapod) – –
Járás alatt is statikusan stabil Egyszerűbb irányítás
Robotika
13
1.3. Guruló robotok • • • • • •
Emberkéz alkotta járművek legnépszerűbb megoldása Nagyon jó hatásfok Egyszerű mechanikai megoldás Nem kell egyensúlyozni (kivétel a kétkerekű esetben) Háromnál több kerék esetén felfüggesztés Tapadás, stabilitás, manőverezhetőség Robotika
14
1.3. Kerekek •
Négy alapvető keréktípus – – – –
•
Egyszerű kerék (2 DOF) Castor kerék (bevásárlókocsi, 2 DOF) Mecanum kerék (3 DOF) Golyó (szférikus kerék)
A kerekek elrendezése (geometria) – –
Szorosan kapcsolódik a keréktípushoz Meghatározza a manőverezhetőséget, stabilitást, irányíthatóságot
Robotika
15
1.3. Kerekek
16
1.3. Guruló robotok •
Stabilitás – – –
•
Manőverezhetőség – – –
•
Statikus stabilitás elérhető 2 kerékkel (!) Statikus stabilitás: hagyományosan 3 kerék További kerekek -> hiperstatikus viselkedés (rugalmas felfüggesztés) Omnidirekcionális mozgás: tetszőleges irányban mozoghat (golyó, vagy mecanum kerék) Kétkerekű differenciális hajtású robot Ackermann-rendszerű kormányzás kisebb manőverezhetőséget biztosít
Irányíthatóság – –
Inverz korreláció a manőverezhetőséggel Omnidirekcionális robotoknál az egyenes vonalú mozgás sem egyszerű Robotika
17
1.3. Példák • •
Szinkron hajtás Omnidirekcionális hajtás – – –
• •
Mecanum kerék Castor kerék Golyó
Csúszás-farolás Mászó robotok
Robotika
18
1. Kvíz 1. Hány lábbal valósítható meg statikus járás? A. B. C.
2 4 6
2. Minimálisan hány kerékkel valósítható meg statikus stabilitás? A. B. C.
1 2 4
3. Melyik keréktípusokkal érhető el omnidirekcionális hajtás? A. B. C.
Mecanum kerék Castor kerék Rögzített egyszerű kerék
Robotika
19
1. Kvíz - megoldások 1. Hány lábbal valósítható meg statikus járás? A. B. C.
2 4 6
2. Minimálisan hány kerékkel valósítható meg statikus stabilitás? A. B. C.
1 2 4
3. Melyik keréktípusokkal érhető el omnidirekcionális hajtás? A. Mecanum kerék B. Castor kerék C. Rögzített egyszerű kerék
Robotika
20
